光物理学：レーザー航跡場加速器を用いた27 nm波長域の自由電子レーザー発振

X線自由電子レーザーは、最短でサブオングストローム領域に達する波長領域で強力なコヒーレント放射を生成でき、構造生物学や構造化学などの分野での応用に不可欠なツールとなっている。現在、X線自由電子レーザー施設はいくつか稼働しているが、大型で費用のかかる最先端の高周波加速器が必要なため、小型で経済的な加速器の開発に大きな関心が寄せられている。レーザー航跡場加速器は、高周波加速器よりも3桁以上大きな加速勾配を維持することができ、小型のX線自由電子レーザーを駆動する魅力的な選択肢と見なされている。しかし、こうした装置の実現は、レーザー航跡場加速器によって得られる電子ビームの質が比較的低いため、まだ難題である。今回我々は、レーザー航跡場加速器に基づく電子ビームを用いた、指数関数的利得領域でのアンジュレーター放射の増幅の実験的実証について報告する。増幅されたアンジュレーター放射は、典型的な中心波長が27 nmで、1ショット当たりの最大光子数は約10¹⁰個、得られる最大放射エネルギーは約150 nJである。この装置の3台のアンジュレーターのうち、3つ目のアンジュレーターの放射出力の最大利得は約100倍であり、これによって、指数関数的利得領域での動作に成功したことが確認された。今回の成果は、レーザー航跡場加速器を用いた自由電子レーザー発振の原理実証であり、用途の広いこの技術を用いた小型のX線自由電子レーザーの開発への道を開くものである。

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